我国矿井通风技术现状及智能化发展展望

＊任振兴

（晋能控股煤业集团通风部 山西 037003）

矿井“血液循环系统”是通风系统的别称，这一系统在矿井安全生产中有着重要作用。如果通风系统出现故障，往往伴随着风流紊乱、风量不足等问题，并为后续生产埋下安全隐患。通风问题所导致的煤尘爆炸、瓦斯爆炸等事故给相关企业造成了不可逆转的损失，采矿工人的人身安全也受到威胁。因此，对矿井通风技术进行升级改造，并实现智能化发展，是提升矿井生产能力，保障生产安全的重要手段。并且，我国很多矿井已经广泛应用智能化开采工作面，因此智能化是矿井健康发展的必然趋势。通过对近几年国内外矿井通风装备技术进行研究可发现，在未来，智能通风技术仍然有诸多难题需要破解，这也直接影响了未来通风智能化的重点研发方向。

1.矿井通风技术发展现状

(1)通风参数测定与监测

在煤矿通风系统中，测定与监测巷道风量是了解通风系统运行状态最为简单直接的方式。在这个过程中，我们需要先对巷道断面积、巷道平均风速进行计算。机械式风表是近几年广泛应用的测量仪表，另外也有应用超声波涡街式或压差式井下风速监测传感器的情况，这些仪表都能准确测定出巷道风速，并为巷道风量的精确监测提供技术指导。在测量巷道断面方面，一般使用卷尺、激光测距仪等对断面进行计算，明确巷道断面积。

在排查构筑物状态异常、风流短路等情况下，往往采用测定风流压力的方式，同时也能掌握巷道通风阻力。目前，矿井通风参数检测仪能够准确检测出巷道风流压力，其中部分矿用精密数字气压计的测量误差控制能力较强，完全能够达到应用标准。如果使用气压计基点法进行通风阻力测定工作，数据会由于仪器本身误差出现频繁的波动，因此测量结果会受到严重影响，进而影响整体测量结果的可靠性；相对来说，压差计法的应用能够有效控制测量误差，但是需要在铺管测量过程中投入大量人力，也很难保证压力传输的准确性。风流压力传感器等是常用的压差传感器，这种测量方法的误差能够控制在1%F.S左右，因此在很多通风设施压差监测过程中，都得到了广泛的应用。

(2)通风网络分析与决策

掌握通风网络解算技术，对风流进行优化调节，准确完成通风故障诊断，提升通风系统稳定性，是提升通风系统能力的主要方向。因此，在通风网络分析与决策过程中，也需要从这几个方面入手展开创新。

对于通风系统来说，通风网络解算是基础，通风网络解算数学模式自Scott－Honsley法提出并应用后，也趋向于成熟。近几年，国内外专家学者也提出了多种有效的通风网络解算软件，这些软件能够对风流进行模拟，同时也能够实现通风在线监测及分析预警。其中，具有代表性的包括日本九州大学工学研究院开发的“风丸”、中国矿业大学的MFire可视化灾变风流模拟软件系统以及波兰科学院的WENTGRAF。

近几年，将通风网络解算和监测监控两种技术融合，是主要的研发方向。在这一研究课题中，通过实时监测解算矿井通风网络，是实现了解通风系统动态运行状况的主要方法，这样能够为决策提供参考数据。与此同时，如何反应系统真实的通风系统运行情况，这是技术难点。掌握通风系统图及相关要素属性数据是开展网络解算工作的前提。首先，如果仍然应用传统方式完成通风系统图形建模工作，那么制作拓扑连接关系的通风系统图的速度难以提升，如果技术人员能够充分运用CAD等技术，对相关图件进行规范化处理，并将图像导入网络解算软件中，那么能够生成更为准确的通风网络图形，在减少工作量的同时提升绘图精度；其次，在获取相关属性数据的过程中，想要真正掌握矿井全部井巷的通风网络数据，其工作量相对较大，并且数据准确性也很难得到有效保证，在这种情况下，有学者提出采用Tikhonov正则化方法，实现模型的修正，这种方法在应对复杂矿井通风系统中，能够体现出突出的作用。

(3)通风调控技术与装备

矿井主要通风动力装置和通风设施是实现通风调控的主要手段，矿井可以通过调控主要风机运转数量的方式来对总风量和风量富余系数进行调整，必要的情况下需要对主要通风机进行更换。在矿井内发生灾变时，我们可以通过对主要通风机进行调控，避免灾害范围的进一步扩大，让经济损失和人员伤害控制在最小范围内。

目前来说我国煤矿通风机制造水平虽然得到了长足的进步，但是各个种类的设备性能参差不齐。例如，目前广泛应用的FBCDZ系列通风机，以轴流式风机为主，其最高效率能够达到86%。这种通风机采用两机叶轮反向旋转，双极双电动机驱动，这也决定这种风机本身具有较好的密封性，但是在实际运行中，这类风机的效率仅仅能够达到60%，因此本身的能耗损失相对较大。

2.矿井智能通风技术发展展望

(1)智能感知

首选，需要对井下巷道通风参数的智能感知进行研究，需要重点提升井下巷道全断面风速超声波监测装备稳定性的提升，另外也可以对多普勒激光雷达监测装备进行研究，全面提升监测精度。另外，需要掌握确定风速传感器安装位置的方式，并能够结合风流脉动特征实现风速的高精度单点监测，从而让巷道实际风速能够通过传感器监测数据反映出来。另外，对于全网络风阻的精确反演，很多专家学者也展开了各类研究，旨在为明确矿井绝对压力、相对压力提供参考。激光雷达扫描技术的应用，能够让我们获得高精度的巷道全断面建模，为明确巷道断面提供参考。

通风系统图形数据的智能感知包括运用陀螺实现矿井三维图的精准构建，此功能还会应用惯性导航等技术，进而实现自动绘制通风系统图的绘制，减少人力资源的投入。另外，结合灾害控制需要，运用定位技术，明确机电设备以及风流障碍物的位置，为后续灾害应急响应提供参考。

这些技术的发展与应用，为后续实现通风系统智能建模提供准确数据，另外也为智能决策及风险智能感知提供详细的基础数据。

(2)智能决策

技术人员需要掌握矿井通风网络的快速构建技术，该技术主要以数据进行驱动。因此，需要对传感器布置数量和布置位置进行优化，优化通风网络，避免盲区的存在。为了能够实现矿井通风系统的可视化管理，需要融合监测技术以及系统动态图形绘制技术，让图形、数据之间有机融合起来，并形成联动分析，在系统中对融合成果进行共享，实现数据的可视化管理。在管理过程中，数据本身会存在一定的误差，因此如果能够结合多元数据以及网络模型，对现有数据进行修正，能够更为有效地保证模型的准确性，同时能够对数据进行有效的筛选。

对通风调控进行联动分析以及智能决策。首先，各个通风设备本身应该能与中控网络相连，并将数据实时传输至中控系统中，从而为远程智能调控创造条件。另外，需要深入优化智能控制逻辑，明确核心监控参数及参数范围，掌握不同参数调控过程中相关参数发生的变化。结合监测分析结果以及基础数据，对系统中存在的隐患、问题进行识别判断。尤其需要对有毒有害气体进行分析，并生成云图及分级评价结果，实现空间面域有毒有害气体的分析评价。

(3)应急调控

系统需要能够对灾害发生时的状态进行准确辨识，并实现智能辅助决策。首先，系统需要根据监测数据对火灾、爆炸以及瓦斯突出等灾害进行识别，明确灾害的发生时间与地点。另外，还需要融入灾害范围的预测技术，对下一步可能影响的范围进行预警，为开展人员疏导、机电设备断电控制创造条件。在系统中，需要适当增加自动复位防爆门等附属装置，为人员逃生、紧急避难提供条件。

3.总结

综上所述，智能感知、智能决策以及应急调控是我国矿井通风技术现状及智能化主要发展方向。与此同时，在开展智能技术研究过程中，还需要对信息技术、PLC技术、人工AI技术进行深入研究，这些技术都是推动煤矿通风智能化控制技术发展的核心所在。